近年，浙江大學高分子系伍廣朋課題組一直致力于高活性、可規模化制備的有機硼催化劑的開發及催化轉化研究。他們首次提出了分子內動態酸堿體系（DLMCS）的催化劑設計理念，并利用簡單的季銨化和硼氫化兩步反應，開發出了可模塊化設計、并具有超高催化效率的有機硼催化體系（圖1）。他們基于研究催化劑的晶體結構，關鍵中間體，反應動力學和密度泛函理論計算多種研究手段，發現動態路易斯酸多核之間的相互作用（硼中心與季銨鹽之間的分子內協同效應）是催化劑具有高活性和選擇性的關鍵所在。

伍廣朋課題組開發的系列硼催化劑：

①用于二氧化碳和環氧烷烴環化制備環狀碳酸酯時，每小時單體的轉化數可達11050 h^?1，顯著縮小了和金屬催化劑之間的活性差距（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 23291-23298.）；

②用于環氧環己烷與二氧化碳的共聚合，催化劑催化效率高達5 kg聚合物/g催化劑，超過了目前已報到的所有金屬和非金屬均相催化體系（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 12245-12255.）；

③催化環氧烷烴和環狀酸酐開環共聚制備聚酯，催化劑表現出空前的催化活性，催化效率高達7.4 kg聚合物/g催化劑，催化劑耐受溫度、聚合產物分子量均為目前報道的最高值（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 19253-19261.）；

④利用雙核硼催化劑實現了脂肪族聚醚的高效制備，單體轉化數達到56500，該催化效率可媲美當下工業界使用的雙金屬腈化物催化劑，并提出了氮正離子輔助的鏈穿梭聚合機理（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 16910-16917.）；

⑤開發的四核硼催化劑首次實現了環氧氯丙烷和二氧化碳在溫和反應條件下（25-40 ℃）的全交替共聚，制備出了當下最高分子量共聚物，提出了分子內循環順序交替共聚合機理（J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 3455-3465.）（圖2）。

上述開發的高活性有機硼催化劑在三年前（2018年）就布局了系列的國內和國際專利，相關專利已接連獲得產權保護。有機硼催化劑用于制備可降解高分子材料的產業化項目進入中試開發階段。

近日，上述研究以“Modular Organoboron Catalysts Enable Transformations with Unprecedented Reactivity”為題受邀發表于Acc. Chem. Res.，本文詳細介紹了分子內動態酸堿（DLMCS）硼系催化劑的設計理念和催化轉化，并當選為本期的封面論文。

論文信息：第一作者為楊貫文博士，第二作者為張瑤瑤博士，通訊作者為伍廣朋研究員。

論文鏈接：

Modular Organoboron Catalysts Enable Transformations with Unprecedented Reactivity, Guan-Wen Yang, Yao-Yao Zhang, and Guang-Peng Wu*, Acc. Chem. Res., 2021, 54, 4434-4438.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.1c00620